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三元陶瓷电子结构和光学性质的第一性原理研究

作　者: 金姗
导　师: 姜久兴
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: Ti3AlC2 Ti3GeC2 第一性原理 电子结构 光学性质
分类号: O469
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算三元陶瓷Ti3AlC2,Ti3GeC2和掺杂Si的Ti3GeC2电子结构和光学性质。阐明了Ti3AlC2,Ti3GeC2的电子结构和光学性质的变化规律,从电子结构的角度分析了光学性质的微观机制。此外,还研究了掺杂Si对Ti3GeC2的电子结构和光学性质的影响规律及机制。计算Ti3AlC2和Ti3GeC2的能带结构及态密度表明,它们具有金属性,这与实验结果一致。研究了Ti3AlC2和Ti3GeC2的分态密度,揭示了各个原子电子对其态密度的贡献。计算了Ti3AlC2和Ti3GeC2的光学性质,结合电子结构分析发现,其介电峰源于Ti p和d与Al/Ge s和p的轨道间电子的跃迁。此外,Ti3AlC2的光电导率在2.7eV和34.9eV达到最大值;最大的能量损失峰在36.4eV处,源于Ti p和Ti d的轨道间电子的跃迁。Ti3GeC2的光电导率在2.6eV和34eV达到最大值;最大的能量损失峰在5.5eV和36eV处。Ti3AlC2和Ti3GeC2的反射率计算结果表明,Ti3AlC2和Ti3GeC2在紫外光区呈现大的反射率,是一种潜在的新型防紫外涂层材料。计算还发现,Ti3AlC2和Ti3GeC2在可见光区的反射率具有非选择性,表明它们可以作为航天器用温度控制涂层材料。计算掺杂Si的Ti3GeC2的电子结构和光学性质。电子结构计算结果表明,Ti3Si0.5Ge0.5C2具有金属的各向异性。Ti3Si0.5Ge0.5C2在费米能级处的态密度比Ti3GeC2小,说明掺杂后Ti3GeC2的金属导电性变弱。此外,计算了掺杂Si的Ti3GeC2光学性质,结果表明掺杂后介电峰出现在2.23eV和35.07eV处,在2.23eV处的介电峰为掺杂前的50%。对Ti3Si0.5Ge0.5C2在可见光区反射率计算发现,与掺杂前一样,Ti3Si0.5Ge0.5C2也具有非选择性,亦可作为航天器用温度控制涂层材料。另外,Si掺杂导致Ti3Si0.5Ge0.5C2在紫外区的反射率峰值降低,且峰值波长向短波移动。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-14
  1.1 课题背景  10
  1.2 三元陶瓷的分类，结构及普遍性质  10-13
    1.2.1 三元陶瓷的分类  10-11
    1.2.2 三元陶瓷的结构  11-12
    1.2.3 三元陶瓷的性质  12-13
  1.3 课题研究的目的和意义  13
  1.4 课题研究的内容  13-14
第2章 计算方法  14-19
  2.1 密度泛函理论  14-15
  2.2 第一性原理  15-17
  2.3 CASTEP 模块介绍  17-18
  2.4 本章小结  18-19
第3章 Ti_3AlC_2的电子结构和光学性质  19-27
  3.1 计算模型和参数设置  19-20
  3.2 Ti_3AlC_2 的晶体结构  20-21
  3.3 Ti_3AlC_2 的电子结构  21-23
    3.3.1 Ti_3AlC_2 的能带结构  21-22
    3.3.2 Ti_3AlC_2 的总态密度和分态密度  22-23
  3.4 Ti_3AlC_2 的光学性质  23-26
    3.4.1 Ti_3AlC_2 的复介电函数  23-24
    3.4.2 Ti_3AlC_2 的反射率  24-25
    3.4.3 Ti_3AlC_2 的吸收系数  25-26
    3.4.4 Ti_3AlC_2 的光电导率和损失函数  26
  3.5 本章小结  26-27
第4章 Ti_3GeC_2的电子结构和光学性质  27-35
  4.1 计算模型和参数设置  27-28
  4.2 Ti_3GeC_2 的晶体结构  28-29
  4.3 Ti_3GeC_2 的电子结构  29-31
    4.3.1 Ti_3GeC_2 的能带结构  29-30
    4.3.2 Ti_3GeC_2 的总态密度和分态密度  30-31
  4.4 Ti_3GeC_2 的光学性质  31-34
    4.4.1 Ti_3GeC_2 的复介电函数  31-32
    4.4.2 Ti_3GeC_2 的反射率  32
    4.4.3 Ti_3GeC_2 的吸收系数  32-33
    4.4.4 Ti_3GeC_2 的光电导率和损失函数  33-34
  4.5 本章小结  34-35
第5章 掺杂Si 的Ti_3GeC_2电子结构和光学性质  35-42
  5.1 计算模型和参数设置  35
  5.2 掺杂Si 后Ti_3GeC_2 的晶体结构  35-36
    5.2.1 掺杂Si 的Ti_3GeC_2 的晶格参数  35-36
  5.3 掺杂Si 的Ti_3GeC_2 的电子结构  36-39
    5.3.1 掺杂Si 的Ti_3GeC_2 的能带  36-37
    5.3.2 掺杂Si 的Ti_3GeC_2 的态密度  37-39
  5.4 掺杂Si 的Ti_3GeC_2 的光学性质  39-41
    5.4.1 掺杂Si 的Ti_3GeC_2 的复介电函数  39
    5.4.2 掺杂Si 的Ti_3GeC_2 的反射率  39-40
    5.4.3 掺杂Si 的Ti_3GeC_2 的光电导率和损失函数  40-41
  5.5 本章小结  41-42
结论  42-43
参考文献  43-47
攻读学位期间发表的学术论文  47-48
致谢  48

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 凝聚态物理学
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